【手続補正書】
【提出日】平成18年8月29日(2006.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を磁力を用いて磁気浮上させることにより非接触で支持する磁気軸受装置であって、
磁力を発生させる電磁石を構成する電磁コイルと、
前記電磁コイルと共に前記電磁石を構成し、前記電磁コイルが巻回された、少なくとも２つの磁極部を有する電磁極と、
前記磁極部に巻回された、前記回転軸の変位を検出する変位センサを構成する変位センサコイルと、
を具備し、
前記電磁コイルが巻回された電磁極の磁極端面の面積と、前記変位センサコイルが巻回された磁極部の磁極端面の面積とが等しいことを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項２】
前記回転軸を軸方向に支持する磁気軸受装置であって、
前記回転軸に対して垂直に固着された円板状のアーマチュアを具備し、
前記電磁極は、前記アーマチュアと対向する面に設けられた、環状溝と、径方向に延びる複数の放射溝と、を有し、
前記磁極部は、隣接する前記放射溝の間に形成され、
前記電磁コイルは、前記環状溝に沿って巻回され、
前記変位センサコイルの一部は、前記放射溝に配設されていることを特徴とする請求項１記載の磁気軸受装置。
【請求項３】
前記回転軸を半径方向に支持する磁気軸受装置であって、
前記電磁極は、円周方向または軸方向に延びる溝を有し、
前記磁極部は、前記溝の両側に形成され、
前記変位センサコイルの一部は、前記溝に配設されていることを特徴とする請求項１記載の磁気軸受装置。
【請求項４】
前記電磁石は、異なる電磁極性を有する一対の前記電磁極を備え、
前記変位センサコイルは、それぞれ異なる電磁極性を有する前記電磁極に設けられた２つの前記磁極部に渡って巻回されていることを特徴とする請求項３記載の磁気軸受装置。
【請求項５】
前記回転軸を半径方向に支持する磁気軸受装置であって、
軸方向に隣接する前記磁極部の間に配置された非磁性体部材を具備し、
前記電磁石は、異なる電磁極性を有する一対の前記電磁極を備え、
前記変位センサコイルは、それぞれ異なる電磁極性を有する前記電磁極に設けられた円周方向に隣接する前記磁極部において、それぞれ異なるセンサ磁極性を有するように巻回されていることを特徴とする請求項１記載の磁気軸受装置。
【請求項６】
前記変位センサコイルを覆うように、前記磁極部の側面に配設された電磁遮蔽部材を具備し、
前記電磁コイルは、電磁遮蔽部材を介して前記電磁極に巻回されていることを特徴とする請求項５記載の磁気軸受装置。
【請求項７】
前記電磁石は、少なくとも２つ設けられ、
前記変位センサは、前記電磁石ごとに設けられ、
同一の前記変位センサを構成する前記変位センサコイルは、並列に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項６までのうちの何れか１の請求項に記載の磁気軸受装置。
【請求項８】
前記磁極部の前記回転軸側端部、または、前記電磁コイルと前記センサコイルとの間の少なくとも一方に配置された、外縁部が短絡されたシールド部材を具備したことを特徴とする請求項１から請求項７までのうちの何れか１の請求項に記載の磁気軸受装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
このように、第１軸方向電磁ヨーク２３’の内縁部２３３と外縁部２３２’に直接軸方向センサコイル２６を巻回すことにより、第２軸方向電磁ヨーク２５を設けることなく軸方向センサコイル２６を配設することができる。
この場合、軸方向電磁コイル２４の漏れ磁束の影響を抑制するために、軸方向電磁コイル２４と軸方向センサコイル２６との間にシールド部材２９を配置するようにする。
図３に示すように、シールド部材２９は、円環状のシールド部２９１とシールド部２９２から構成されている。
シールド部２９１は、第１軸方向電磁ヨーク２３’の外縁部２３２’に沿うように配置されている。また、シールド部２９１には、溝２３７ａ〜ｄに沿うように方形の遮蔽部２９１ａ〜ｄがシールド部２９１の内周から中心方向へ延びるように設けられている。
シールド部２９２は、第１軸方向電磁ヨーク２３’の内縁部２３３の内周に沿うように配置されている。
シールド部材２９としては、例えば、銅などの金属板または金属泊、金属粉等を固化した部材などを用いることが好ましい。
このように、シールド部材２９を、円環状（短絡環状）のシールド部２９１とシールド部２９２で構成することによって、鎖交する磁束（漏れ磁束等）を短絡電流として消費させることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
従来の軸方向センサは、シャフト７の下端付近に配置されていた。
詳しくは、軸方向センサは、シャフト７の下端に取り付けられたフェライトなどの磁性体からなるターゲットと、ベース３側のターゲットと対向する位置に設けられたセンサコイルから構成されていた。そして、ターゲットとセンサコイルにおけるインダクタンスの変化を検出することによって、シャフト７の軸方向の変位を検出していた。
センサのインダクタンスの変化量とエアギャップの変化量の関係は、非線形であり、エアギャップが小さくなる程、インダクタンスの変化量が急激に増加する特性を有している。
そのため、適正な感度を得るためには、エアギャップを特定の範囲において、高い精度で調整する必要があった。これを実現させるためには、高精度の部品の使用、調整精度の向上等が要求されるためコストの低減が困難であった。
そこで、本実施形態では、アーマチュア１９を挟み込むように、２つのセンサコイルを対向させて配置するようにしている。このように配置したセンサコイルにおいて、従来と同様の差動構成を用いることにより、センサのインダクタンスの変化量とエアギャップの変化量の関係の非線形特性が緩和されて、線形特性に近づく。従って、エアギャップを高精度で調整する必要がなくなるためセンサの位置調整が不要となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
本実施の形態では、吸引力をシャフト７に作用させるための電磁石の磁極３２、３３の溝３７、３８を除く全ての部分を径方向変位センサの磁極と共用している。そのため、変位センサに用いられる磁極部３９〜４２の磁極面３９ａ、４０ａ、４１ａ、４２ａの面積を十分に確保することができる。
径方向変位センサに対して、このように広い磁極面を確保することができるため、センサの検出感度を高めることが容易にできる。さらに、広い磁極面を確保することにより、磁極部３９〜４２が飽和しにくくなり、径方向変位センサの検出感度の調整範囲を拡大することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
また、このように広い磁極面を確保することにより、径方向磁気軸受部に各磁極部３９〜４２のばらつき（磁極面積や磁極体積などのばらつき）が存在しても、十分にその誤差を吸収することができる。つまり、これらのばらつきを無視することが可能な程度にまで抑えることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
（変形例３）
図８は、制御磁極部３１ａの変形例３の構成を示した図である。
なお、上述した図５に示す実施の形態または変形例１、２と同一部分（重複する箇所）には、同一の符号を用い詳細な説明を省略する。
制御磁極部３１ａ（変形例３）は、径方向磁極部７０、径方向電磁コイル３４、シールド板７２および径方向センサコイル３６によって構成されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
径方向磁極部７０は、環状スペーサ５７、環状鉄心３０を円周方向に２分割した環状鉄心５１および環状鉄心５２、磁性部材７１によって構成されている。
環状スペーサ５７は、非磁性体の円環状の部材によって形成され、環状鉄心５１と環状鉄心５２とによって挟持されている。
環状鉄心５１には、内周壁からシャフト７の方向に突出するように、矩形状の磁極部５３および磁極部５４が隣接して形成されている。
同様に環状鉄心５２には、内周壁からシャフト７の方向に突出するように、矩形状の磁極部５５および磁極部５６が隣接して形成されている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
磁性部材７１は、磁性体の矩形状の部材によって形成され、磁極部５３と磁極部５５、磁極部５４と磁極部５６とによって挟持されている。
磁性部材７１は、例えば、積層珪素鋼板やフェライトなどで形成されている。
なお、磁極部５３〜５６の先端部のシャフト７と対向する面を磁極面５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａとする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
このようにして、径方向センサコイル３６は、シールド板７２を介して径方向電磁コイル３４が配置された径方向磁極部７０に配置されている。
径方向センサコイル３６は、高周波電流が通電されることによって磁束が発生し、磁極部５３〜５６を伴って、径方向変位センサを構成する。
コイル３６ａ、３６ｂに高周波電流が流れると各磁極部５３〜５６が径方向変位センサの磁極として作用する。つまり各磁極部５３〜５６に磁極が形成される。すると、各磁極部５３〜５６において磁束が発生する。
インダクタンス形の径方向変位センサは、この磁束の変化量を検出することによってシャフト７の軸方向の変位を検出する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
一方、径方向変位センサの磁極特性は、図９（ａ）と（ｂ）とで異なる特性を有し、磁束の発生する向きつまり磁路の形成される向きもことなっている。
図９（ａ）に示すように、代表形態と変形例３における径方向変位センサは、各段における磁極性が同一になるようにコイルが巻回されている。そして、上段と下段は、常に異なる磁極性を有し、変位センサの磁束は、上下方向に隣接する磁極間に径方向変位センサの磁路９５〜９８が形成されるように発生するようになっている。
なお、変形例３においては、磁極間に介在している磁性部材７１を介して磁路９５〜９８が形成されるようになっている。
図９（ｂ）に示すように、変形例１と変形例２における変位センサは、上下方向に隣接する磁極の極性が、常に異なるようにコイルが巻回されている。そして、変位センサの磁束は、同一段上の隣接する磁極間に磁路９９〜１０２が形成されるように発生するようになっている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
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